تقييد كمومي: الفرق بين النسختين

'''تقييد الكم''' {{إنك|Quantum confinement}} يعني بصورة مبسطة حبس [[الإلكترون]] داخل صندوق أي إبقاءه ضمن حجم محدود وحصره بداخله.بداخله، ويحدد طول هذا الصندوق وعرضه وارتفاعهوإرتفاعه خواص [[نقطة الكم]] (الإلكترون المقيد) كوالتي يعبر هنا "بئر جهدي" و[[مستوى الطاقة|مستويات طاقته]] وشكلها.وشكلها، ويعد الإلكترون المرتبط [[نواة الذرة|بالنواة الذرية]] واقعاواقعاً تحت تأثير جهدها الكهربائي فيكون كما لو كان مقيدامقيداً داخل صندوق ، وأحياناوأحياناً يكون هذا التشبيه بأن الإلكترون منحصر في "بئر [[قانون كولوم|كهربائي كولومي]] (بئر الكم) " .، يتطلب الإلكترون امتلاكإمتلاك طاقة معينه تسمح له بالخروج من البئر (أنظر [[جسيم في صندوق]]).

[[ملف:Potential energy well.svg|thumb|upright=1.5|بئر جهدي في بُعد واحد. طاقة الوضع كدالة للموقعللموضع. إذا وُجد جسيم وكانت طاقته ''E'' فطبقافطبقاً للميكانيكا الكلاسيكية لا يمكن للجسيم مغادرة البئر ويستطيع الحركة فقط بين النقطتين <math>x_1</math> bis <math>x_2</math>.]]

إذا كان الإلكترون موجوداموجوداً في صندوق كبير فإنه يتصرف كما لو كان حراحراً ، فهو لا يقع تحت تأثير أي جهد.جهد، في تلك الحالة بمكنيمكن للإلكترون اقتناءإمتلاك طاقة وتكونبحيث تكون مستويات الطاقة له متداخلة مع بعضها البعض (متصلة وليست منفصلة) هذا هو تصرف الإلكترون أو الجسيم عندما يكون حجم الصندوق كبير ويضمحل تأثير حجم الإلكترونات فيه.فيه، إذن ما معيار كبر حجم الصندوق؟ ما هو طول التقييد الملائم؟ المعيار هنا هو تحدده خواص [[الإلكترون]].

خلال أوائل العشرينيات منفي القرنعام الماضي1924 اقترحإقترح [[لويس دي برولي]] أن الجسيمات الماديةدون الصغريةالذرية مثل الإلكترون تكون مقترنة بموجة معتمدة على كتلته وسرعة الجسيم.الجسيم، جاءت تلك الفكرة من عدة ظواهر في الفيزياء يظهر فيها الإلكترون كأنه يتصرف كجسيم مثل [[تجربة الشق المزدوج]] وفي تجارب أخرى يتصرف كموجة (مثل خواص[[تجربة الضوء).شقي يونغ|تجربة يونج]]، وتقول نظرية [[ازدواجية موجة-جسيم]] التي صاغها "دي برولي" أن الجسيم يكون مقترنامقترناً بموجة تعتمديتحدد [[طول الموجة|طول موجتها]] بناءاً على كتلة الجسيم وسرعته.

إذا كانت أبعاد الصندوق كبيرة مقارنة [[طول موجي|بطول موجة]] الإلكترون أو بمصطلح أدق أكبر كثيراكثيراً من [[نصف قطر بور|بنصف قطر بور]] (نصف قطر ذرة الهيدروجين) فإن الإلكترون لا يعد مقيدامقيداً.

كان هذا مثال أولي فكر فيه الفزيائيونالفيزيائيون خلال الثلاثين سنة الأولى من القرن العشرين كمحاولة لفهم تركيب [[ذرة|الذرة]] بعد اكتشافإكتشاف الإلكترون والبروتون.والبروتون، وعرفوا أن ذرة الهيدروجين هي أبسط الذرات حيث تتكون من بروتون واحد (يمثل [[نواة الذرة]]) ويدور حولها الإلكترون.الإلكترون، وكان محيرامحيراً لهم [[طيف|طيف الهيدروجين]] الذي يظهر في هيئة خطوط طيفية منفصلة عن بعضها البعض وكل منها يتميز [[تردد|بتردده]] الخاص.

فكان نموذج التقييد في صندوق أحد النماذج المبسطة لحل المسألة ، وبمرور الوقت طور العلماء نماذجهم للبنية الذرية بحيث استطاعواإستطاعوا بعد ذلك حل لغز تصرف الإلكترون في الذرة ، وأن يصيغوا نظرياتهم في هيئة معادلات يحسبون بها ترددات الضوء التي يشعها الإلكترون في طيف الذرة.الذرة، من تلك النماذج أيضا ما يسمى ''بئر الكم'' {{إنك|Quantum well}}<ref>[http://www.physlink.com/education/askexperts/ae528.cfm What is a quantum well?.]</ref>.

وبحلول عام 19231925 أستطاعإستطاع الفيزيائي الألماني [[فرنر هايزنبرج]] الحصول على الصيغ الرياضية التي تفسر طيف الهيدروجين تماماتماماً ، وكانت طريقته وتسمىتعتمد على إستخدام [[المصفوفات]] ولهذا سميت نظريته [[ميكانيكا المصفوفات]] وهي تعتمد على التصور الكموميالتكميمي للطاقة ، والتي كان [[ماكس بلانك]] قد اهتدى إليهاإقترحها عام 1900 كنتيجةمحاولاً لتجاربهتفسير النتائج الغريبة للتجارب العملية عن [[الجسم الأسود|إشعاع الجسم الأسود]].، ثم اعتلىقدم [[إرفين شرودنغر]] الساحة عام 1926 وصاغ معادلته المسماة باسمه " [[معادلة شرودنجر]]" وفتحالتي بهااستفاد ميكانيكافيها جديدةمن فروض لتفسيردي طيفبرولي حول الخاصية الموجية للجسيمات ونجحت معادلته في تفسير الطيف ذرة الهيدروجين ، وهيلتصبح معادلته ذات أهمية كبرى في نظرية [[ميكانيكا الكم]] والتيالتي شارك في صياغتها علماء عظامعظماء مثل "[[ماكس بلانك" و"هايزنبرج"]] و[[نيلز بور]] و[[لويس دي برولي]] و [[فولفجانج باولي]] و [[فيرنر هايزنبرج]] و[[ماكس بورن]] و[[بول ديراك]] وآخرين، وغيرهم.فقد والمهم أننجحت نظرياتهم فسرتفي لناتفسير ظواهر عديدة في الطبيعة مثل [[توصيل كهربائي|التوصيل الكهربائي]] [[عازل|العوازل]] و[[شبه موصل|أشباه الموصلات]] ، وكلها أشياءظواهر نشأت منها [[الطاقةالكهربائية]]إختراعات مثل و[[الهاتف]] و[[التلفزيون]] و[[ميكروبروسيسور]] و[[الحاسوب]] وغيرها ، لاالتي نستطيعأصبحت اليوم الاستغناءمن الأشياء التي لا يمكن الإستغناء عنها.